張靈益，杜天德，王 波，馮 辰

(揚州工業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

標簽在我們的生活中有著不可替代的作用，廣泛應用于包裝、管理、辦公、生產(chǎn)等方面。隨著科技的發(fā)展，新一輪的工業(yè)革命興起，以物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術正以迅猛的速度發(fā)展。作為物聯(lián)網(wǎng)中感知層關鍵技術的無線射頻識別(RFID)技術受到人們的廣泛關注。射頻識別(RFID)是一種非接觸式自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標物體并獲取相關數(shù)據(jù)，而識別系統(tǒng)與特定目標物體之間無須有任何介質(zhì)接觸[1]。RFID系統(tǒng)由閱讀器和許多標簽組成，并且大多數(shù)RFID系統(tǒng)應用是標簽密集型應用[2]。近年來，RFID技術不斷進步，產(chǎn)生了有源RFID、無源RFID、半有源RFID等技術衍生品，且產(chǎn)品成本不斷降低，使得RFID產(chǎn)品已成為人們生活中必不可少的一部分。

RFID標簽的制作流程為：在芯片上進行凸點制作，將芯片貼裝到標簽紙上，進行標簽測試，測試完成后進行層壓沖裁，之后進行封裝，最后完成RFID的標簽制作。在檢驗的流程中，采用的是攝像頭拍攝，由計算機識別是否錯誤后，傳送帶滾輪停止運行，將錯誤的標簽停在指定位置，最后讓一名檢驗員人工將錯誤標簽撕下，通過調(diào)轉或者更換的方式將其更正。此方法雖然較為簡單，不需要專業(yè)人員操作，但不僅人工成本高昂，效率低下，并且在準確度上有時不能達到合格標準，限制了生產(chǎn)力的發(fā)展。

RFID標簽的制作流程中，檢驗與糾正在其中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，將錯誤的標簽糾正可以保證產(chǎn)品的合格率。在芯片凸點制作、貼裝、測試、層壓沖裁這些流程中，自動化程度很高，機器流水線制作標簽技術已經(jīng)十分成熟，然而，標簽檢驗過程中的相關設備存在空缺，目前市場上基本沒有針對標簽糾錯的自動化設備。主要原因如下：一方面不同標簽的尺寸各不相同，用一種設備很難完成不同標簽的撕貼要求；另一方面，用機構代替人手撕貼標簽很難模仿手部在撕下標簽時使用的剪應力，很難在不損壞標簽的前提下將其順利撕下。而在生產(chǎn)過程中，并不是所有的標簽都是廢品，有些標簽只是左右翻轉，只要將其旋轉半圈依然可以使用，若是全部將其撕下丟棄會大大提高生產(chǎn)成本。因此，自動撕貼標簽的設備仍然存在市場空白。為此，筆者提出了一種自動撕貼標簽的機械手，用以實現(xiàn)標簽生產(chǎn)流程中的檢驗糾正自動化。

1 自動撕貼標簽機械手的功能分析

筆者設計的自動撕貼標簽機械手主要針對標簽生產(chǎn)流水線上的檢驗糾正要求，需要在攝像頭拍攝到錯誤標簽之后，待傳送帶停下時在不損壞標簽的前提下完成撕下標簽、旋轉或者更換標簽、貼上正確標簽的操作。要滿足這樣的使用要求，設計的機械手應該具有以下功能：

(1) 控制的功能：機械手作出撕下、旋轉和粘貼等動作時，應當設計一個控制結構，與計算機結合，將同一個動力源輸入不同部分，實現(xiàn)不同動作的實施。

(2) 撕下標簽的剪應力：人手在撕下標簽時，兩只手直接形成的剪應力可以使標簽順利地撕下,為此，應當設計一種結構，可以在工作時兩側形成不同方向的力，方便撕下標簽。

(3) 可以調(diào)節(jié)的尺寸：設計一種可以調(diào)節(jié)寬度的結構，對于各種尺寸的標簽都可以適用，提高機械手的泛用性。

(4) 交替操作的使用方式：因為標簽生產(chǎn)流程中，在撕下標簽之后，又需要在相同位置貼上正確的標簽，所以應該設計一種結構，讓撕、貼標簽機械手一起交替使用，以提高效率。

2 自動撕貼標簽機械手的結構設計

2.1 整體結構設計方案

針對標簽制作流水線中標簽撕貼的基本要求，設計符合要求的基本功能結構。筆者所在項目組經(jīng)過前期工作，提出了整體結構設計方案，包括底部敞口的殼體以及置于殼體空腔內(nèi)的調(diào)節(jié)氣缸、撕貼機構(由外壓塊、內(nèi)壓塊、連桿、輔助壓塊、撕貼氣缸構成)、控制氣缸。自動撕貼標簽機械手整體結構如圖1所示。

2.2 控制氣缸的結構

控制氣缸的固定缸體固定連接于殼體頂部，其為雙層結構，形成內(nèi)、外兩個腔室，且內(nèi)、外兩個腔室分別外接氣泵，控制氣缸的活動氣缸置于內(nèi)腔室；控制氣缸的活動缸體的一側豎直設有條形孔，另一側設有氣源通孔?？刂茪飧捉Y構如圖2所示。

圖1撕標簽機械手整體結構 圖2控制氣缸結構

控制氣缸固定缸體的內(nèi)側壁在與條形孔對應位置處設有氣源啟閉孔，在與氣源通孔對應位置處設有氣源通道。氣源通道分為由上而下布置的與調(diào)節(jié)氣缸相連的氣源通道1、與真空腔相連的氣源通道2、與撕貼氣缸相連的氣源通道3，條形孔的長度與氣源通道1的頂部至氣源通道3的底部之間的距離相等，氣源通孔底部與條形孔底部齊平。

通過控制氣缸的活動缸體在內(nèi)腔室上下移動，使氣源啟閉孔與條形孔相配合，以控制氣源通道的啟閉，使氣源通孔選擇性地與相應的氣源通道相連通。

2.3 撕貼機構的設計

撕貼機構如圖3所示，設有撕貼氣缸，每塊壓塊均包括外壓塊、輔助壓塊、內(nèi)壓塊、連桿。

圖3 撕貼機構

兩個真空腔分別位于內(nèi)壓塊；外壓塊的頂部與對應的調(diào)節(jié)臂底端轉動連接，外壓塊的內(nèi)側壁設有底部敞口的安裝腔，輔助壓塊置于該安裝腔內(nèi)，內(nèi)壓塊置于該安裝腔外側；連桿的兩端分別與輔助壓塊、內(nèi)壓塊轉動連接，連桿的中部與安裝腔腔壁轉動連接，撕貼氣缸的活動缸體底部通過連接件與內(nèi)壓塊轉動連接。

通過控制氣缸中的活動氣缸，使得氣源啟閉孔與氣源通道1相連，利用氣源啟閉孔的壓力變化控制撕貼氣缸的上下移動，使得連接件帶動內(nèi)壓塊在連桿的一端上下移動，并使得輔助壓塊向相反的方向運動，從而形成相對的剪應力，讓不合格的標簽順利撕下。

2.4 調(diào)節(jié)尺寸機構的設計

調(diào)節(jié)尺寸機構如圖4所示，主要由調(diào)節(jié)氣缸和調(diào)節(jié)臂組成。調(diào)節(jié)氣缸中心有氣源通道1穿過，與調(diào)節(jié)氣缸的運動互不干涉。調(diào)節(jié)氣缸上部頂端與氣源通道2連接，活動缸的下部與調(diào)節(jié)臂相連。而相對的兩組壓塊都有滑槽與殼體上的固定桿相連，用以固定壓塊組，使其僅能在水平方向上受氣缸控制運動。

調(diào)節(jié)氣缸的作用主要是調(diào)節(jié)兩個壓塊組的距離，以應對不同寬度的標簽。主要工作過程是:將控制氣缸的活動缸移動至與氣源通道2相通，利用控制缸外腔的壓力變化控制調(diào)節(jié)缸中活動缸的上下移動，從而帶動調(diào)節(jié)臂，則將垂直運動轉化為水平運動，達到調(diào)節(jié)兩個壓塊組之間距離的目的。

2.5 交替操作機構的設計

此機構利用了一種交替抓頭，可將兩個機械手相連，擁有了快速切換的功能，如圖5所示。

在成對設置的撕標機械手、貼標機械手的頂部共同連接有機械手交替抓頭，機械手交替抓頭的連接板傾斜放置，保持其中一個機械手正對機臺進行撕標或貼標，旋轉傾斜設置的連接板，迫使另一個機械手正對機臺進行貼標或撕標，這樣兩工位進行撕、貼標交替工作，可有效提高生產(chǎn)效率。

圖4 調(diào)節(jié)尺寸機構 圖5 交替操作機構

3 機械手整體工作流程

機械手主要用于標簽生產(chǎn)中替換不良品標簽，當機臺檢測出不良品時，外接裝置驅動機械手位于不良品標簽上方，具體操作方法如下：

(1) 打開控制氣缸的兩個外接氣泵，其中一個氣泵驅動控制氣缸的活動缸體在固定缸體內(nèi)腔室中移動，另一個氣泵通入控制氣缸的固定缸體外腔室內(nèi)；當控制氣缸的活動缸體下移，控制氣缸的活動缸體上的條形孔與控制氣缸的固定缸體上的氣源啟閉孔相通，使控制氣缸的活動缸體上的氣源通孔與控制氣缸的固定缸體上的氣源通道1相通；此時，控制氣缸的固定缸體外腔室內(nèi)的氣源經(jīng)氣源啟閉孔、條形孔、氣源通孔、氣源通道1流入調(diào)節(jié)氣缸，驅動調(diào)節(jié)氣缸的活動缸體上下移動，通過兩調(diào)節(jié)臂迫使兩壓塊沿滑動軌道水平移動(外壓塊沿滑動軌道水平移動，內(nèi)壓塊沿H形連接件的水平滑槽移動)，達到調(diào)節(jié)兩壓塊之間距離的目的；根據(jù)標簽的長度停止調(diào)節(jié)兩滑塊間的距離，外接裝置驅動整個機械手下壓至不良品標簽處，兩個外壓塊分別置于不良品標簽的兩旁(相鄰標簽之間的留白處)，兩個內(nèi)壓塊分別置于不良品標簽的兩端，使兩內(nèi)壓塊的真空腔與不良品標簽貼合。

(2) 繼續(xù)驅動控制氣缸的活動缸體下移，控制氣缸的活動缸體上的條形孔與控制氣缸的固定缸體上的氣源啟閉孔相通，使控制氣缸活動缸體上的氣源通孔與控制氣缸的固定缸體上的氣源通道2相通，此時，控制氣缸的固定缸體外腔室經(jīng)氣源啟閉孔、條形孔、氣源通孔、氣源通道2與兩個內(nèi)壓塊的真空腔連通，利用真空負壓吸附不良品標簽。

(3) 繼續(xù)驅動控制氣缸的活動缸體下移，控制氣缸活動缸體上的條形孔與控制氣缸固定缸體上的氣源啟閉孔相通，使控制氣缸活動缸體上的氣源通孔與控制氣缸固定缸體上的氣源通道3相通，此時，控制氣缸固定缸體外腔室內(nèi)的氣源經(jīng)氣源啟閉孔、條形孔、氣源通孔、氣源通道3流入撕貼氣缸，驅動撕貼氣缸的活動缸體上移，帶動H形連接件、內(nèi)壓塊上移，由于內(nèi)壓塊、連桿、輔助壓塊構成杠桿機構，內(nèi)壓塊上移帶動對應的輔助壓塊下移，迫使兩個輔助壓塊下壓住不良品標簽兩側的留白處，兩個內(nèi)壓塊吸附不良品上行、兩個輔助壓塊下壓住不良品兩旁，使不良品標簽與基材剝離，達到撕開不良品標簽的目的。

(4) 驅動控制氣缸的活動缸體上移或關閉氣泵，斷開真空腔氣源，真空腔壓強復原，使不良品與壓塊分離。

(5) 同理，根據(jù)步驟(1)～步驟(3)，利用機械手吸附正確的標簽并與之前的基材剝離，驅動吸附有正確標簽的機械手移動至原不良品上方，下移該機械手，使正確的標簽與原不良品處的基材膠合，斷開真空腔氣源，使正確標簽與壓塊分離，達到更換正確標簽的目的。

此機械手可以配置單獨的機械手兼用撕標機械手、貼標機械手，也可成對配置撕標機械手、貼標機械手。

4 結束語

該自動撕貼標簽機械手結構簡單合理，生產(chǎn)制造容易，可配合高速機臺進行不良品標簽的撕貼更換工作，取代了原來的人工操作方式，能提升電子標簽的品質(zhì)并維持較高的作業(yè)速度，降低了生產(chǎn)成本，提高了工作效率，具有良好的市場應用前景。